有限要素法のフリーのソフトウエア を試す

CAEで使われるフリーの有限要素法(FEM)ソフトウエアであるCalculixやOpenfoamを使ってみようとチャレンジしてたその足跡を残す。。。ついでに他のフリーソフトや商用ソフトの無償版にも手を出してみる。

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Openfoamもさわってみる

都合によりしばらく空いてしまったが、また都合によりあきじかんができたので、Openfoaでも研究してみる。
Openfoam自体は確か私がCaliculix始めた頃にすでにあったもので、そんなにい新しいものでもないのであるが、最近の並列処理技術の進歩により、大きなモデルの流体計算を低コスト(実際そうでもないけど)で可能にするものとして注目されてきているようだ。私は家のPCレベルCAEの自習用に使えるソフトを探していたので、それほど興味がなかったが、その理由は
1.そもそも商用ソフトに比べて操作が難しい
2.LINUXベースであり、LINUXの知識も必要(コンパイルとか)
3.そもそも流体解析自体が難しい。
私が初めてさわってから10年以上たつが基本的にこれらの事項は変わっていない。1.については普通のエンジニアが使うのには最低限ワードやエクセル並みの使用感がなくてはならないがオリジナルのOpenfoamでは程遠い。一部ベンダーがUIを開発したり、既存のプリポストプロセッサーにインターフェースをつけることによって、既存のCAEソフトウエア並みに使いやすくしてみる試みが行われてはいるが、たいていの場合有料になってしまうのでコストがかからないメリットは小さくなってしまう。最近はANSYSやABACUSのStudent editionがフリーや廉価で手に入るので自習用としてのメリットは更に小さくなったかもしれない。
2.については一般のエンジニアにとってはWindowsがまだ主流である。またOpenfoamもWindows版をだしたがエミュレーターでLinuxのソフトをWindowsでうごかしているので以前ほどではないがLinuxの知識も必要である。
3.についてはもともとCFDの知識ある人は、簡単にOpenfoamに手を出しては来ないと思うが、オリジナルのOpenfoamはCFDの入門にはあ、あり適さないような気がする。正しいオペレーション学ぶだけでも商用ソフトに比べて時間がかかる(商用ソフトのデフォルト値が適切かどうかの問題はあるが。)
まあ。それでもWindows版出たというので使ってみることにする。
最終的には、自分でCADで描いた図形で流体解析を行いたいと思っているがいきなりは難しいのでtyうーとリアルをやってみる
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  1. 2016/11/19(土) 16:11:59|
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Openfoam windows版のインストール

ここではESI版windows Openfoamを利用する。
さてさてまずはインストールだが、これはサイトに行って普通にダウンロードすればよい。
また、ググればいくつか先人たちのインスートルの記録が出てくるようなので、参考にすればよい。
さて、前にも書いたがOpenfoam のWindows版はWindows専用に開発したWindows nativeではなくいわいる仮想化技術を用いて、LinuxのソフトをWindows上で走るようにしたものらしい。
つまりWindows上Linux-OSをソフトウエアとしてつくり、そのソフトウエアのLinux上にOpenfoamをインストールしているらしい。その仮想化技術に必要なソフトがOracle virtual box、docker、kitematicというソフトらしいが、Openfoamをインストールする際に一緒にインストールされるので、意識しなくても良い。dockerやkitenaticの技術はそれはそれで奥が深いようなので、ここでは説明を省略するが(興味のある方はググッて調べるとよい)
windows上にインストールされたLinux上で動くということで操作の際はLinuxの知識があったほうが有利である。

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  1. 2016/11/20(日) 21:19:58|
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Openfoamチュートリアルはどこだ?

しかし、久々にブログを書こうと思うといろいろ画面が変わって面倒くさい。
まあ、コンピュータ環境の進歩に合わせているみたいだが。。。
ということで、チュートリアルも誰かがやっていて、すでにWEBの記事になっているだろう、と思ったが、断片的に書いてある記事は散見するのだが、一からオペレーション方法を書いてある記事はなかなかない。のか検索するとソリューションベンダーさんの宣伝ページに埋もれてしまい見つけることができない。基本めんどくさがりやさんなのでWEBの紹介だけして切り抜けようと思ったが、そうも行かないようなのでチュートリアルを実行するところまでは自力でやってみようと思う。
まずOpenfoamのインストールディレクトリを見てみると現時点で最新バージョン16.06ではデフォルトのままインストールすると、
C:\Program Files (x86)\ESI\OpenFOAM\1606\Documents
のフォルダの中に
TutorialGuide.pdf
がある。これを読むと一通り例題の解説書いてあるのだが、見本の入力ファイル群が見つからない。後でも解説すると思うが、OpenfoamはCalculixなどと違い入力ファイルが単一ではなさそうだ(それを見て諦める人も多いが)。複数の入力ファイルを使ってひとつの解析をするようだ。そこでその見本となるファイル群を見たいのであるが、windows上からは見当たらない。さてどこにあるのでしょうか(結局エミュレーションのせんれいをうけることのなるのであるが)


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  1. 2016/11/21(月) 19:49:59|
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チュートリアルのファイルのある場所

で、早速だがチュートリアルのファイルのある場所だが、
/opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials
である。
ところがウインドウズ上のファイルシステムにはまず
/opt
なんてフォルダはない!それ以下のフォルダもないわけである。
ではどこにあるかというと、エミュレーターの内部にあるLinuxのシステム内にあるのである。
ではどうやれば確認できるかといううと、まずアイコン
0001_アイコン

をクリックしてOpenFoamを立ち上げる。
ターミナル(DOSプロントようなもの)が立ち上がるので、そこで
cd /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials
と入力すると、チュートリアルのあるディレクトリに移動できる。
そこでlsと打つと
[ofuser@default tutorials]$ ls
Allclean combustion electromagnetics lagrangian resources
Allrun compressible financial mesh stressAnalysis
Alltest discreteMethods heatTransfer multiphase
basic DNS incompressible preProcessing

例題の入ったフォルダが表示される。

たとえばさらにcd /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity/cavity

と打てば、cavityの例題の入力ファイル一式があるフォルダに移動できる。
[ofuser@default cavity]$ ls
0 constant system
この0、constant、systemの各フォルダが設定ファイルが入っているフォルダである。
たとえばsystemの中には
blockMeshDict controlDict fvSchemes fvSolution
これらすべてが設定ファイルである。Openfoamの入力はこのとおり名前の決まった複数のフォルダ、ファイルに入力設定を書くようである。



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  1. 2016/11/22(火) 19:54:36|
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Openfoam windows 設定ファイルの中身を見たい

さて前回ターミナルの中で例題のフォルダに移動できそなことはわかったが、その中身を見てみたい。
ターミナル中で中身を見る方法もある。Linuxのコマンドを使う方法である。
具体的にはviやmoreやviを使うことになるが、詳細な使い方は書籍や解説したWEBページが多量にあるので、ググってみてみるとよい。
でも特にviなどは使い慣れるまで大変である。
windows版なのでできればファイルマネージャー的なものをダブルクリックしてテキストエディッタで開きたい。

そこでこのworkingzDirというやつがwindows上の\c\ユーザー¥(ログインしたユーザー名)とリンクしていることを利用する。
つまり/home/ofuser/workingDirの下にこのチュートリアルにファイルをコピーすれば\c\ユーザー¥(ログインしたユーザー名)にあらわれるのでこのコピーしたファイルを操作すればよい。
コピーの方法はOpemfoamのターミーナル上でworkingDirに移動して
cd workingDir
次のように打つ
cp -r /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity/cavity ./cavity-copy
するとwindows上の\c\ユーザー¥(ログインしたユーザー名に
cavity-copyというフォルダができてコピーされているのがわかる。
この中にファイルはwindows上でファイルマネージャーからダブルクリックで開くことができる。
ただしメモ帳で開くと開業が無視される。これはunixやLinuxでは改行を表す制御方法が異なることに起因するので、unixやLinuxの改行コードが読めるテキストエディッタ(ワードやワードパッドやいくつかのフリーウェエア)で開くと良い。



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  1. 2016/11/23(水) 16:38:22|
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Openfoam windows版だけど知っていたほうが良いLinuxコマンドや機能

たぶん私の備忘録になってしまいそうな内容のブログだが。。。
今回は、Openfoamのターミナルを立ち上げたとき、
役に立ちそうなLinuxのコマンドや機能を紹介する。
まずはpwd

002_pwd-terminal.png

現在の作業している居場所を表示します。
次はls

004_ls.png

作業しているフォルダにあるファイルやフォルダを表示します。ms-dosのdirに近い。

続いてcd
003_cd.png

作業フォルダを移動できます。例の場合はひとつ下のwotkingDirに移動しています。
また長いフォルダ名やファイル名を入力するのが面倒という人のために、
最初の一文字だけ打って(Openfoamという名前であればOだけ入力)
そのあとTabキーを押すと残りの分を自動入力してくれる補完と言う機能が使える場合があります
(たいてい使えるけど、一部のPCではlinux設定が上手くインストールされない場合があって、そうなると使えない場合があるかも知れない。。。)

その他いろいろありますが、Linuxコマンドについては書籍や他のwebページにたくさん詳しく解説しているものがありますので、そちらを参照して下さい。。。



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  1. 2016/11/24(木) 09:49:57|
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ty-



さてtutrialだがたくさんある。
tutrials_ls


ソルバー別に分かれているのではあるが、そのチュートリアルが何のソルバーを使っているか知るにはCFD
の知識が要る。。。
それらを全部解説するのも大変だが(解説されたサイトもあるようだが。。。)
そもそも複数のソルバーがある自体CFDの知識がないと理解できないだろう。。。
そこで、今回いろいろ調べて一番簡単そうな例題を選んでみる。
/opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity
がそれだ。
以前紹介した方法cp -r ...でこれをworkinfDirの下にコピーしておく。
ちなみにメッシュ図は
cavity_mesh

2次元の四角い箱のようだ。
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  1. 2016/11/25(金) 16:56:08|
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チュートリアル例題の条件は

前回、チュートリアルにある例題のうちまずやってみるもののモデルを紹介したが、
このモデル実際どういう境界条件なんだろう。
これはインストールディレクトリにあるDcumentsフォルダにあるTutorialGuide.pdfに全部詳しい説明が書いてある。
例えばC:\Program Files (x86)\ESI\OpenFOAM\1606\Documents\TutorialGuide.pdfである。
説明の図を見ると
cavity_model
3方は動かない壁で、上の壁だけ1m/sで動くようだ。
壁にごく近傍の流体は壁と同じ動きをする、という暗黙の了解(実際も実験するとほぼそうらしいが)により壁に接する流体の境界条件が決まる。
ちなみにこの例題、CFDの教科書にはよくある例題なので
詳しく知りたい方は書籍など調べてみると良い。
私もはじめてCFDをプログラムした時、この例題を使いました。
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  1. 2016/11/26(土) 08:44:12|
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Openfoamの実行

cavityの例題をworkingDirにcavity-copyという名前でコピーしたとする。
説明してきた通り、openfoamは複数のファイルを複数のプログラムで実行しなければ
そこで実行するプログラムと入力ファイルをスクリプトを作って実行する。
その中にあるAllrunというファイルを実行する
./Allrun
収束条件など気になるがとりあえずそのまま実行してみよう。
いくつかファイルができるのであるが、これをparaviewというソフトウエアを使ってみてみよう。
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  1. 2016/11/27(日) 20:27:46|
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paraviewを使ってみる

Openfoamのポストプロッセサーもちろん商用ソフトを使うという手もあるが、
ここまでオープンソースで来たのだからポストプロセッサーもオープンソースでと考える方が多いだろう。
そこでparaviewというソフトウエアを使う。
このparaview Openfoam専用のポストプロセッサーというわけではない。
どちらかというと汎用のシミュレーション結果(独自プログラムも含めて)を可視化するためのソフトである(と私は思う)
というわけで非常に汎用性が高い。その代わり操作がOpenfoamに特化してないぶんわかりにくい。
parafoamというソフトもあるようだがparaviewベースに作られているようで、操作法も殆ど同じようである(具体的には。。。私は使ったことがないのでわからない)
Windoes版にはソースプログラムは入っているようだが、コンパイルしなければならないようなので、ここでは省略)
paraviewだが公式サイトからWindows native版がダウンロードできるので、ダウンロードしてみる。
windows7 homeを使っているのだが最新のparaview ver.5,xはいまいち安定していない(操作中にによく落ちる)のでver.4.x.x.の古いバージョンのほうが良いかも知れない。ありかは公式サイトを検索して探してみてください。
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  1. 2016/11/28(月) 10:27:39|
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ちょっと一休み

昨日連続更新が途絶えてしまったがなぜかとはっきり言ってしまうと、parviewの取り扱いにてこずっている。
paraviewは専門書も持っているし、WEBにたくさん記事が出ているのでそんなにてこずらないだろう、と予測していたのだが
tutrialで紹介されている操作方法がparafoamのものらしく、やはりparaviewとは微妙に違うらしい。大体の表示はできるのだが、細かいこと(今たーの上限値と下限値を設定すなどになると良くわからない…
当初自分の好きなCADをインポートして自分の好きなようにメッシュを切るのがパラメーター設定が難しいかなと思っていたが
GUIのポスト処理から難航するのは予想外である。
WEBページも流行っている割には数が少ない(ベンダーの宣伝を除くと)
使える人も自分のやりたいことはできるけど他人に紹介するほどでもないなと思っている人が多いかもしれない。
ここでは何とかがんばってSTLで形状を作ってそれをメッシュ切って、異なる乱流モデルで流すところまでは行きたいと思っているが、
そこまで辿り着くかな?
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  1. 2016/11/30(水) 17:16:44|
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